CIENCIAS NATURALES Unidad 2 LA QUÍMICA CERCA DE TI
Objetivos de la unidad Identificarás y mezclarás distintas sustancias, experimentando y representando correctamente sus fórmulas químicas para explicar los tipos de reacciones en la naturaleza. Identificarás y clasificarás compuestos orgánicos en la naturaleza, describiendo sus características generales, lo que te permitirá explicar las distintas fuentes de obtención de carbohidratos, lípidos y proteínas para el ser humano. Analizarás críticamente las distintas teorías sobre el origen de la vida, buscando y contrastando distintos argumentos que permitan explicar las condiciones físico-químicas que dieron origen a organismos vivos en el planeta Tierra.
producen
Átomos
Exotérmica
Reacciones químicas
forman Moléculas
Endotérmica Combinación
se transforman en
Descomposición biomoléculas
Iones
Desplazamiento
Isótopos
Endotérmica
Orgánicas
Doble desplazamiento
Son parte de hipótesis del origen de la vida
Neutralización
Teorías no científicas Macromoléculas
Lípidos
Proteínas
Hidratos de carbono
Creacionista Espontánea
Ácidos Vitaminas
En la segunda unidad conocerás el mundo de la química, los elementos y los compuestos. Descubrirás cómo se combinan o desplazan entre ellos, lo que da origen a sus reacciones, que son de varios tipos. Aprenderás también que los compuestos químicos forman parte de tu vida, de lo que comes, de tu cuerpo y de tu ambiente. Además, contempla una de las grandes interrogantes del ser humano: el origen de la vida en el planeta.
Introducción al proyecto El proyecto de la segunda unidad aborda el importante tema de la nutrición para mostrarte cuáles son los alimentos que con mayor frecuencia debes consumir, cuáles debes evitar y que beneficio proporcionan a tu organismo. A medida que aprendas a conocerlos, a combinar alimentos, a sustituir los que no te agradan por aquellos que son bienvenidos en tu mesa te sentirás mejor. Y puedes hacerlo sin necesidad de invertir mucho dinero.
102 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Lección 1
Segunda Unidad
Los viajeros Motivación
Imagina que se acerca una tormenta, nubes oscuras
cubren el cielo desde hace rato, ¿cómo te sientes? ¿Eres de las personas que se sienten deprimidas, tristes o irritadas cuando hay una tormenta próxima? Luego que la lluvia cae, disfrutas el aire que se respira, tu ánimo mejora y sientes bienestar físico y mental, ¿te sucede? Las respuestas a las preguntas anteriores parecen ser el efecto que causan unas pequeñísimas partículas del aire cargadas de electricidad, ¿sabes algo sobre ellas? ¿Te interesa saber cómo sucede este fenómeno?
Indicadores de logro:
Ilustrarás y explicarás adecuadamente y con interés la formación de un ión de hidrógeno a partir de sus diferentes cargas eléctricas y la formación de un isótopo cuando dos átomos de un mismo elemento contienen un número diferente de neutrones.
1
Actividad
Electrólisis del agua El agua está compuesta por dos elementos químicos: hidrógeno y oxígeno. La separación de éstos mediante la utilización de la electricidad se llama electrólisis del agua. ¿Sabías que los componentes del agua se pueden separar? Para comprobarlo por ti mismo, prepárate para el siguiente experimento:
Describirás con curiosidad y explicarás los beneficios de los isótopos radiactivos en actividades médicas, de investigación científica e industriales.
Materiales a utilizar: Medio litro de agua 4 sobrecitos de bicarbonato de sodio, que puedes adquirir en tiendas o farmacias. Cinta adhesiva. 4 pilas de 1.5 voltios. Recipiente de plástico transparente 2 alambres de cobre, de aproximadamente 50 cm cada uno. 2 tubos de ensayo.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 103
UNIDAD 2
Procedimiento 1. Coloca aproximadamente medio litro de agua en el recipiente de plástico. 2. Agrega en el envase 100 gramos de bicarbonato de sodio y disuélvelo muy bien. El bicarbonato en solución libera iones, los cuales facilitan la conducción de la electricidad. Puedes sustituirlo por vinagre o agua con sal y obtener los mismos resultados. 3. Arregla las pilas, de manera que el polo positivo de una quede unido al polo negativo de la siguiente; asegúralas con cinta adhesiva. 4. Pega un alambre en cada polo. Las puntas de los alambres deben estar destapadas para hacer un buen contacto eléctrico. 5. Introduce los alambres en la mezcla. Si el contacto eléctrico es bueno, verás las burbujas desprendiéndose de los alambres. 6. Coloca los tubos de ensayo llenos de agua dentro de la solución del recipiente, pero invertidos sobre los cables. Los tubos de ensayo deben estar completamente llenos de agua, de manera que no quede ninguna burbuja de aire en su interior. De esa manera, podrás medir y comparar las cantidades de gases (hidrógeno y oxígeno) producto de la electrolisis del agua. ¿Qué observas?
Faraday observó que las soluciones salinas eran capaces de conducir la corriente eléctrica y pensó que deberían existir en tales soluciones partículas cargadas cuyo movimiento entre los dos conductores extremos o electrodos, colocados dentro de la disolución, conducirían la corriente eléctrica. A tales partículas cargadas las llamó iones, que en griego significa viajeros. El electrodo positivo recibió el nombre de ánodo; hacia él viajarían los iones negativos que llamó aniones. Por su parte, el electrodo negativo o cátodo atraería a los iones positivos, y por dirigirse al cátodo los nombró cationes.
Cátodo -
+ Ánodo Anión + +
Catión
+ +
-
+
+
¿Qué es un ión? Toda partícula (átomo o molécula) es eléctricamente neutra; pero al ganar o perder electrones se convierte en un ión. Por lo tanto, un ión es toda partícula cargada eléctricamente por la pérdida o ganancia de electrones. Los iones cargados negativamente debido a la ganancia de electrones se conocen como aniones.
Oxígeno
Hidrógeno
Lo iones cargados positivamente por la pérdida de electrones, se les llaman cationes.
Átomo neutro + electrón = Ión negativo
¿Cuáles son tus conclusiones? Michel Faraday (1791-1867) fue el científico que usó por primera vez el nombre de electrólisis para referirse a la separación o ruptura de sustancias compuestas (como el agua) por medio de la corriente eléctrica.
104 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Átomo neutro - electrón = Ión positivo
UNIDAD 2 En cuanto al átomo de hidrógeno, su proceso de formación de iones ocurre así: H(g) = H+ (g) + eH+ + e- = ½ H2 (g) 1/2H2(g) + e- = H-
Electrón La existencia del electrón fue descubierta por Joseph Thomson en 1897. Mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos, Thomson dedujo que existían unas partículas con carga negativa, a las cuales llamó corpúsculos.
El ión amonio se produce por la unión del ión hidrógeno con la molécula de amoníaco (NH3):
Su masa es 1840 veces menor que la del protón o la del neutrón.
NH3 + H+
Los electrones, de carga negativa, giran alrededor del núcleo en espacios vacíos relativamente grandes.
2
NH4+
Las reacciones químicas de un elemento están determinadas por el número de electrones, especialmente por los electrones de valencia en la última capa energética.
Actividad
Más ejemplos de iones a) Menciona en cada caso si se trata de un catión o un anión: Ión cloruro Cl -
Ión sulfato (SO4)2-
Ión sulfuro S2-
Protón Son partículas elementales que representan una unidad de carga eléctrica positiva y una unidad de masa 1850 veces superior a la del electrón. Se encuentran en el núcleo del átomo. Se le atribuye al físico y químico británico Ernest Rutherford el descubrimiento del protón en el año de 1918.
Ión calcio Ca2+
Ión bicarbonato HCO3-
Un sistema solar en miniatura La idea tradicional que se tiene del átomo que forma la materia parece ser un sistema solar en miniatura, en el que el núcleo parece el Sol y los electrones que giran alrededor del núcleo, son los planetas. Este modelo del átomo es el de Rutherford, que representa al núcleo que contiene partículas positivas llamadas protones y partículas sin carga, llamadas neutrones que determinan la masa del átomo. En cambio los electrones son partículas con carga negativa.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 105
UNIDAD 2 El número total de protones presentes en un núcleo se designa por la letra Z y constituye el número atómico de cada elemento. Neutrón Son partículas neutras, es decir, sin carga eléctrica, y con una unidad de masa aproximadamente igual a la del protón. Toda la masa del átomo está concentrada en el núcleo, y está dada por la suma de las masas de los protones y neutrones. Es una propiedad invariable de los átomos de cada elemento. A la suma de los protones y neutrones se le denomina número másico y se simboliza con la letra A.
A =
Masa del átomo Número másico
Ejemplo:
Z
+
protones en el átomo número atómico
N
neutrones en el átomo
Átomo Isotopode delLitio átomo de litio Neutrones Electrones Protones
Elemento: Litio Número atómico: Z = 3 Masa atómica = 7 uma ¿Cuántos neutrones tiene el litio? Veamos: N = Masa del atómo - N = A N = 7 N = 4 El núcleo de litio tiene 4 neutrones
Número atómico - 7 - 3
Elemento: Nitrógeno Número atómico: Z = 7 Masa atómica = 14 uma ¿Cuántos neutrones tiene el átomo de nitrógeno? N = A - Z Neutrones Masa del átomo - Número atómico N = 14 - 7 N = 7
106 Ciencias Naturales - Noveno Grado
UNIDAD 2 -
Observa los neutrones en el átomo de nitrógeno en la siguiente ilustración:
+ El deuterio es un isótopo del hidrógeno estable y no radiactivo que abunda en el agua pesada. El núcleo del deuterio está formado por un protón y un neutrón, por lo que tiene el doble de masa atómica que el hidrógeno. El tritio es otro de los isótopos del hidrógeno, cuyo núcleo está formado por un protón y dos neutrones.
Elemento: Oxígeno
A diferencia del hidrógeno y del deuterio, el tritio es ligeramente radiactivo, por lo que se utiliza como rastreador en bioquímica y otros campos.
Número atómico: = Z = 8 Masa atómica = 16 ¿Cuántos neutrones tiene el átomo de oxígeno?
Como ya has notado, la diferencia entre el hidrógeno y sus dos isótopos es la cantidad de neutrones en sus núcleos. Isótopos, entonces, son dos o más especies del mismo elemento que difieren en el número de masa porque tienen diferente número de neutrones en el núcleo.
Los neutrones son las partículas responsables de que los átomos de un mismo elemento puedan presentar distinto número másico; en otras palabras, son los responsables de la existencia de isótopos. Isótopos son los átomos de un mismo elemento que tienen diferente número de masa; un ejemplo lo dan los isótopos del hidrógeno que ves en la siguiente imagen: 1H 1 Electrón Protón
+
2
-
1H Electrón Protón
+
Neutrón
Hidrógeno
3
-
1H Electrón
+
Protón +-
Deuterio
+-
+-
Neutrones
Tritio
El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica. En su estado natural es un gas. Posee un protón (en el núcleo), un electrón y su número atómico 1 (Z = 1) También su peso atómico es de uno ó un gramo por cada mol.
Los isótopos de un mismo elemento tienen propiedades parecidas porque tienen la misma configuración electrónica, pero difieren levemente en sus propiedades físicas. Un isótopo inestable se llama isótopo radiactivo o radioisótopo.
¿Cómo descubrieron la radiactividad? En el año de 1895, el físico alemán Wilhelm Röentgen, cuando se encontraba experimentando en la Universidad de Würzburg, con rayos catódicos, descubrió una emisión fluorescente que atravesaba distintos materiales. A estos rayos desconocidos les llamo rayos X. Dos meses después de este descubrimiento, el físico francés Henri Becquerel estaba realizando un experimento en el que cubría diferentes elementos con placas fotográficas revestidas en negro, para medir si estos elementos podían emitir rayos. Si un elemento emitía un rayo, penetraría el revestimiento negro y expondría la placa fotográfica. Becquerel encontró que unos cuantos elementos, incluido el uranio, emitían rayos energéticos sin recibir ningún aporte externo de energía.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 107
UNIDAD 2 La importancia de sus experimentos fue el descubrimiento de que existen procesos naturales responsables de que ciertos elementos liberen rayos X energéticos. Esto sugiere que esos elementos son inestables, porque liberan espontáneamente diferentes formas de energía. Esta liberación de partículas energéticas (en la forma de rayos X), provenientes de la desintegración de átomos inestables, se llama radioactividad.
¿Para qué son útiles los isótopos radiactivos? Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son múltiples y abarcan distintos campos como: La medicina El uso de isótopos radiactivos para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades ha crecido en los últimos treinta años. Es común la utilización de elementos radiactivos no encapsulados, normalmente en estado líquido, como trazadores para el estudio del corazón, hígado, glándula tiroides, entre otras. Para detectar trastornos circulatorios se usa una solución de cloruro de sodio (NaCl) que contiene una pequeña cantidad de sodio radiactivo y se mide la radiación para saber si la circulación de la sangre es anormal.
Experimento de Becquerel
Punto de apoyo Gracias a la radiactividad es posible analizar el interior del cuerpo humano sin tener que hacer una operación.
Para ciertos problemas en el cerebro se administra al paciente una dosis de glucosa (C6H12O6) que contenga una pequeña cantidad de carbono-11, que es radiactivo. Luego se hace un estudio de la glucosa metabolizada por medio de la radiación emitida por ella. En el siguiente cuadro tienes otros ejemplos del uso de isótopos en medicina:
Isótopo
Aplicaciones
Cobalto 60 (Co-60)
Es un emisor de rayos gamma; estos rayos se usan para destruir células cancerígenas. El haz de rayos gamma se dirige al centro del tumor para que no dañe a los tejidos sanos. El paciente ingiere el yodo. Este isótopo se usa para tratar el cáncer de tiroides. La glándula absorbe el yodo, pero emite demasiadas radiaciones beta y gamma. Es una fuente intensa de rayos gamma que no emite partículas beta dañinas; muy eficaz para obtener imágenes de la glándula tiroides. Emisor de rayos gamma; se inyecta en el paciente y este isótopo se concentra en los huesos, de ahí que sea usado en radiodiagnóstico de huesos.
Yodo 131 (I-131) Yodo 123 (I-123) Tecnecio 99 (Tc-99)
108 Ciencias Naturales - Noveno Grado
UNIDAD 2 Actividades de investigación En los centros de investigación nuclear se usan isótopos radiactivos como trazadores o rastreadores (el carbono 14 es uno de ellos). Los isótopos de los elementos se utilizan para estudiar los mecanismos de las reacciones químicas. Una técnica común es marcar uno de los átomos de una molécula utilizando un isótopo del elemento. Así es posible seguir el comportamiento del átomo durante el curso de la reacción. Los isótopos inestables o radiactivos se emplean para determinar la edad de minerales y restos fósiles. Un mejor aprovechamiento del agua en los sistemas de regadío, así como una mayor protección de las cosechas ante los daños que puedan causarles los insectos, son otras aplicaciones de los isótopos.
3
Actividad
En la actualidad los isótopos radiactivos tienen diversas aplicaciones en la vida científica y productiva de lo seres humanos. A esas utilidades se les llama “usos pacíficos de la energía nuclear”. Investiga en fuentes de Internet, como se utilizan estos isótopos en las áreas siguientes: a) Agricultura y cultivo de alimentos b) Hidrología c) Medicina d) Medio ambiente Puedes consultar el sitio web: http://www.fisicanet.com.ar/energias/nuclear/en05_ energia_nuclear.php
Agua pesada: la molécula del agua pesada tiene un átomo de oxígeno que, en lugar de estar unido a dos átomos de hidrógeno, como ocurre con el agua común, lo hace con dos átomos de deuterio. Esta característica la hace tener propiedades levemente diferentes a la del agua corriente, tales como la densidad o el punto de ebullición.
Resumen Positivos (cationes) Átomos y compuestos
Rompen
Iones
Son átomos o grupos de átomos cargados eléctricamente Negativos (aniones)
Enlaces Protones Átomo
Neutrones
Si son diferentes
Masa del atomo
Isótopos
Útiles Medicina investigación
Electrones
Radiactividad: es el proceso natural por el cual núcleos de elementos pesados se descomponen en núcleos de otros elementos más ligeros, partículas subatómicas y rayos gamma, es decir, que hay emisión de radiación. Rayos gamma: son una forma de radiación electromagnética con energía extremadamente elevada. Se producen a causa de transiciones nucleares en elementos radiactivos. Son más penetrantes que los rayos X.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 109
UNIDAD 2
Un átomo que ha adquirido carga positiva al perder un electrón recibe el nombre de: a) molécula. b) anión. c) catión. d) electrón.
3
2
Las partículas responsables de que los átomos tengan isótopos son: a) neutrones. b) protones. c) electrones. d) iones.
4
3) b.
Es un átomo o grupo de átomos que tienen una carga negativa. a) molécula. b) anión c) catión. d) quarks.
Los átomos de un mismo elemento pero que tienen distinta masa se llaman: a) moléculas. b) sustancias. c) compuestos. d) isótopos.
2) a.
1) c.
1
Soluciones
Autocomprobación
4) d.
UN CEPILLO IÓNICO La ciencia ha utilizado el conocimiento sobre los iones para crear un cepillo que no utiliza pasta dental, sino iones para eliminar la placa dental. No se basa en la fricción para limpiar los dientes, sino en atraer los cationes que están ligados con los aniones de los dientes. Los análisis aseguran que el cepillo iónico elimina un 48% más de placa que los cepillos habituales y que mejora la salud de las encías, según la investigación realizada por la Facultad de Odontología de la Universidad Marquette, en Wisconsin, Estados Unidos.
110 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Lección 2
Segunda Unidad
El poder de la química Motivación
Muchos científicos consideran que la vida es la
suma de una serie de reacciones químicas, que todos los aspectos de la vida están relacionados de alguna manera con la transformación de las sustancias; ¿qué opinas tú? ¿Puedes citar ejemplos que apoyen esta afirmación de los científicos? ¿Cuáles aspectos de tu vida diaria se relacionan con la química? No necesitas ir lejos: tu propio cuerpo es un completo laboratorio; tu organismo captura oxígeno y libera bióxido de carbono, ingiere agua líquida y la transforma en sudor y aliento, así como en parte de la orina. El desayuno, el almuerzo y la cena te proveen de alimentos que, en el tracto digestivo, son transformados mediante variadas reacciones químicas hasta asimilar los nutrientes necesarios para continuar la vida y expulsar los desechos que no son necesarios. No es exagerado, entonces, afirmar que las reacciones químicas mantienen la vida, pero ¿qué es una reacción química? Indicadores de logro:
Representarás en forma corta y precisa una ecuación química para diferenciarla de una reacción química. Experimentarás y demostrarás con interés que la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Aplicarás y explicarás con interés el método de tanteo o inspección simple al balancear ecuaciones químicas sencillas. Explicarás y experimentarás con interés la ley de las proporciones definidas al combinarse dos o más elementos químicos para formar un compuesto.
Reacciones y ecuaciones químicas Una reacción química es otra forma de llamar a un cambio químico. En una reacción química tienes Reactivos Son las sustancias iniciales de la reacción
Productos Son las sustancias que se forman al final de la reacción
Para que sea posible una reacción química, es necesaria la presencia de dos compuestos químicos reaccionantes que dan origen a uno o más compuestos químicos resultantes o productos de la reacción.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 111
UNIDAD 2 Tú sabes que ocurre una reacción química cuando hay un cambio de color, observas un desprendimiento de gases o percibes que hay producción de calor o disminución de la temperatura.
Ecuación química es el nombre que se le da a la representación escrita de una reacción química, así:
Si tenemos cloro (Cl) más hidrógeno (H 2), hay choques entre estas moléculas para permitir la formación del HCl o ácido clorhídrico.
Esta ecuación te dice que dos moléculas de hidrógeno gaseoso (H) reaccionan con una molécula de oxígeno (O) gaseoso y producen dos moléculas de agua (H2O) líquida.
Los choques entre las moléculas permiten que se rompan los enlaces; para lograrlo, estos choques deben tener la suficiente energía y una orientación adecuada. También es importante mencionar que se forman nuevos enlaces. Entonces, una reacción química es una reordenación de átomos. Una reacción química es un proceso real que ocurre en la naturaleza, el laboratorio o la industria; y las personas la representamos por medio de la escritura.
1
2H2(g) + O2 (g) Reactivos
2H2O(l) productos
En una ecuación química se escriben las fórmulas de los reactivos, separadas por el signo más. A continuación una flecha indica el sentido en el que se produce la reacción y, por último tenemos las fórmulas de los productos separadas también por el signo de la suma. Todos ellos pueden observarse en la ecuación anterior. Con la siguiente experiencia, demostrarás cómo con algunos reactantes se forma un nuevo producto, distinto de los compuestos que están al principio.
Actividad
La botella mágica Durante la celebración de Año Nuevo, los pilotos de Fórmula Uno festejando su triunfo y ofrecen un brindis por algún motivo. Son tres momentos en los cuales la champaña y sus burbujas son lanzadas en el momento del festejo. ¿Sabes cómo sucede? Descúbrelo con este experimento: Materiales a utilizar: Una botella con un corcho para taparla Tres tachuelas Tres cintas de papel Plástico Media taza de agua Media taza de vinagre Una cucharadita de bicarbonato de sodio Un pedazo de papel absorbente de 10 × 10 centímetros Procedimiento 1. Coloca sobre el papel absorbente una cucharadita de bicarbonato de sodio. 2. Enróllalo bien de manera que el bicarbonato quede adentro. 3. En una de las partes planas del corcho coloca un extremo del papel absorbente enrollado y sujétalo con las
112 Ciencias Naturales - Noveno Grado
4. 5. 6. 7. 8.
a) b) c)
tachuelas. El otro extremo del papel queda libre. Agrega agua y vinagre a la botella. Encuentra un lugar al aire libre para colocar la botella en el suelo. Deja caer el papel con bicarbonato en el fondo de la botella. Tapa la botella con el corcho lo más fuerte que puedas. Las cintas quedan fuera de la botella. Luego de unos minutos, el líquido moja el papel, lo que permite que el bicarbonato reaccione con el vinagre, produciendo bióxido de carbono. ¿cuál es la formula química del bicarbonato de sodio? ¿Cuál es la fórmula química del vinagre? ¿El resultado de la combinación de vinagre y bicarbonato de sodio es?
UNIDAD 2 Al producirse el gas bióxido de carbono, la presión aumenta dentro de la botella, lo que provoca que el corcho salga lanzado. La reacción que se produjo con tu experimento, se representa con la siguiente ecuación: CH3COOH( l ) +NaHCO3(s) vinagre
CH3COONa (ac) +CO2 (g)+ H2O( l )
bicarbonato de acetato de sodio sodio
bióxido de carbono
agua
La ecuación te indica que los enlaces en las moléculas del vinagre y del bicarbonato de sodio se rompieron y produjeron los siguientes iones:
H+ Ión hidrógeno
CH3COOIón acetato
Na + Ión sodio
HCO3Ión bicarbonato
H+ Ión hidrógeno
OH Ión hidróxido
Estos se reagrupan, así:
CH3COOH+ -ONa + Ión sodio
H+
OH CO2
H+
Noveno Grado - Ciencias Naturales 113
UNIDAD 2 La ecuación resume todos los procesos ocurridos en la reacción, de la siguiente manera: CH3COOH (l) + NaHCO3 (s)
CH3COONa(ac) + CO2(g) + H2O (l)
Menciona el nombre de cada uno de los reactivos y productos de esta reacción.
Ley de la conservación de la materia Antoine Lauren de Lavoisier (1743-1794), científico francés, realizó en 1,770 el experimento del calentamiento del agua; utilizó un aparato que condensaba el vapor y lo devolvía al recipiente, sin perder un solo gramo de agua. Demostró que el peso del recipiente, del condensador y del agua seguía siendo el mismo antes y después de una prolongada ebullición. Lo extraño era que un sedimento terroso aparecía una y otra vez. Lo extrajo y pesó el depósito formado, así como el recipiente y comprobó que la suma de ambos era igual al peso del recipiente antes de iniciar la experiencia; es decir que el producto terroso era el resultado de la descomposición del vidrio provocada por el calor. Lavoisier también comprobó que la masa (cantidad de materia) es algo permanente e indestructible, algo que se conserva a pesar de todos los cambios producidos en la reacción. En 1774, Lavoisier enunció su ley de conservación de la materia que dice:
En toda transformación química, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos de la reacción. De acuerdo a esta ley, en la reacción del cobre con el azufre para producir sulfuro cúprico:
Cu + S
CuS
Si 4,00 g de cobre reaccionan con 2,02 g de azufre, se producen 6,02 g de sulfuro cúprico. Esto significa que en una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. Lavoisier comprobó su ley muchas veces, pesando las sustancias antes y después de la reacción.
Antoine Lauren de Lavoisier
114 Ciencias Naturales - Noveno Grado
UNIDAD 2
Balanceo de ecuaciones por tanteo
Punto de apoyo Antoine Lauren de Lavoisier Convirtió a la química en una ciencia experimental, por lo que se le ha considerado como uno de los fundadores de la química moderna. Este científico francés al establecer la ley de la conservación de la materia terminó con la teoría del flogisto.
2 a)
Actividad Investiga en qué consistía la teoría del flogisto y coméntala en clase.
Sus investigaciones lo llevaron a establecer la composición del agua y también estudió el proceso de la respiración, ligado a la combustión. Fue el primer científico que comprendió la importancia química y biológica del oxígeno. En este otro ejemplo:
H2(g) + Cl2(g)
2 HCl(l)
4,032 g de hidrógeno gaseoso reaccionan con 141,812 g de cloro gaseoso, para formar 145,844 g de ácido clorhídrico. La suma de los reactivos es igual a la suma de los productos. La masa de los reactivos no se destruyó, éstos se combinaron y se transformaron en una nueva sustancia.
Hidrógeno gaseoso
4.032 g H
Cloro gaseoso
+
141.812 g Cl
HCl Líquido
=
145.844 g HCl
Al balancear una ecuación química, lo que se pretende es que se cumpla la ley de conservación de la materia; es decir que cada miembro de la ecuación tenga los átomos en la misma cantidad. Para equilibrar ecuaciones químicas por el método del tanteo, solo se agregan coeficientes a las fórmulas que lo necesiten, pero no se pueden cambiar los subíndices. Los coeficientes son los números que aparecen delante de cada fórmula de los compuestos e indican la cantidad de moles o moléculas que participan en la reacción. Los subíndices son los números que aparecen a la derecha y debajo de los símbolos de los elementos que forman el compuesto. Cuando el coeficiente o el subíndice es uno, no se escribe. Ejemplos: Balancear por el método de tanteo CH4 + O2 CO2 + H2O Observamos que existen 4 hidrógenos en el primer miembro (metano CH4), por eso agregamos un 2 al producto H2O, para que quede balanceado el hidrógeno: CH4 + O2
CO2 + 2H2O
Ahora tenemos dos oxígenos en los reactivos y cuatro oxígenos en los productos. Para tener la misma cantidad en ambos lados de la flecha escribimos 2 en los reactivos y la ecuación queda así: CH4 + 2O2 (ecuación balanceada)
CO2 + 2H2O
Dos es el coeficiente, a la par del oxígeno y del agua. Observas que los cuatro hidrógenos del metano (CH4), uno de los reactivos se conservan en los productos, Ahora forman parte de las dos moléculas de agua, ya que cada molécula de agua tiene dos hidrógenos. Balancear por tanteo: KClO3
KCl + O2
Como hay 3 oxígenos en los reactivos y 2 en los productos, escribimos los coeficientes necesarios para igualar la cantidad de este gas:
Noveno Grado - Ciencias Naturales 115
UNIDAD 2 2KClO3
2KCl + 3O2
Ya tenemos la misma cantidad de oxígeno en reactivos y productos. Ahora igualamos la cantidad de potasio (K) y cloro (Cl) a los dos lados de la flecha. Como en los reactivos hay dos potasios y dos cloros, simplemente agregamos dos en los reactivos, a la par del KCl (cloruro de potasio), así:
Esta ley establece que la proporción en masa con que se combinan los elementos químicos para formar un compuesto es siempre la misma.
Balancear la siguiente ecuación:
Por ejemplo, para hallar la proporción entre los átomos de sodio y cloro que se combinan para formar cloruro de sodio, deberíamos dividir la cantidad de cada elemento entre su masa atómica, de forma que si reaccionan 6 g de cloro (Cl) con 4 g de sodio (Na), como 35,5 g/mol es la masa atómicas del cloro y 23 g/ mol la del sodio, tenemos:
C + O2 Carbono oxígeno
6g / 35,5 g/mol = 0,17 moles de Cl y 4 g / 23 g/mol = 0,17 moles de Na
2KClO3
2KCl + 3O2 (ecuación balanceada)
2C + O2
3
CO monóxido de carbono 2CO (ecuación balanceada)
Actividad
Por cada 0,17 moles de cloro reaccionan otros 0,17 moles de sodio para formar el cloruro de sodio o cualquier múltiplo o submúltiplo de esa reacción. Por tanto, un átomo de cloro se combina con un átomo de sodio para formar cloruro de sodio, por eso la fórmula de este compuesto es NaCl y la proporción entre sus átomos es 1:1.
Balancea las siguientes ecuaciones por el método del tanteo: a)
Fe2O3 + CO
Fe + CO2
b)
Al2O3 + C
Al + CO
c)
Cl2O7 + H2O
HClO4
d)
Al + O2
Al2O3
Compara tus respuestas con las que se encuentran en el solucionario.
Ley de las proporciones definidas Los elementos se combinan para formar compuestos y siempre lo hacen en proporciones fijas y definidas. Joseph Proust (1756-1826), químico francés, probó que la composición porcentual de un compuesto químico después de la reacción, se mantenía constante en el compuesto final y no adquiría ningún valor intermedio. Estas conclusiones le llevaron a enunciar la ley de Proust o “ley de las proporciones definidas”.
116 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Joseph Proust
UNIDAD 2
¿Exotérmica o endotérmica? Las reacciones desprenden o absorben calor. La reacción exotérmica es una reacción química que desprende calor.
energía. En general absorbe calor del medio, por ejemplo, las bolsas de frío, compuestas de cloruro de amonio y urea.
Este tipo de reacción libera energía, en general en forma de calor, por ejemplo, al añadir sodio metálico agua.
Las reacciones endotérmicas pueden ser útiles en algunos casos, como por ejemplo, al querer enfriar un lugar.
También ocurre cuando los azúcares que comemos reaccionan y se descomponen en moléculas más pequeñas, lo que provoca la liberación de energía química, que se aprovecha para realizar un trabajo.
Otro ejemplo de reacción endotérmica es la elaboración de azúcares en las plantas. En este caso, se requiere la aportación de energía para que la reacción se realice.
El efecto de las reacciones exotérmicas es aumentar la temperatura ambiente, por ejemplo, cuando enciendes un cerillo o fósforo. Se llama reacción endotérmica a una reacción que absorbe calor. Es un tipo de reacción que necesita
Resumen Una reacción química sucede cuando las moléculas interactúan y provocan un cambio químico. Un cambio químico significa que las moléculas que interactúan ya no están presentes, porque se han combinado de manera diferente, para crear nuevas sustancias. Las reacciones químicas se escriben en forma simplificada mediante ecuaciones químicas. En las reacciones químicas se cumple la ley de la conservación de la masa o la materia, es decir, que hay una reordenación de los átomos, moléculas o iones, pero de ninguna manera se crean otros o se destruyen. El nuevo arreglo da lugar a una sustancia distinta. Esta ley permite que la ecuación se justifique o balancee, es decir, que en cada miembro de la reacción haya el mismo número de átomos de cada elemento. Las sustancias que se transforman o modifican en una reacción se llaman reactivos o reactantes. Las sustancias nuevas que se originan en una reacción química se llaman productos. Hay varias clasificaciones de las reacciones químicas, una de ellas las clasifica en: a)
Reacciones exotérmicas: son aquellas que desprenden calor. b) Reacciones endotérmicas: son aquellas que absorben calor.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 117
UNIDAD 2
Reacciones en las cuales se libera energía, generalmente en forma de calor son: a) exotérmica. b) biológicas. c) endotérmicas. d) balanceadas.
3
En la reacción CH4(g) + 2O2(g) El CO2 es: a) reactante. b) base. c) reactivo. d) producto.
4
La reacción química N2 (g) + H2 (g) NH 3 (g), queda correctamente balanceada así:
a)
N2 (g) + H2 (g)
b) 2N2 (g) + 3 H2 (g) c) N2 (g) + 3 H2 (g) d) N2 (g) + 2 H2 (g)
2) a.
3) d.
2
De los siguientes procesos químicos: a) separar una mezcla de aceite y agua. b) encender un fósforo. c) hacer hielo en el refrigerador. d) ponerle aderezo a una ensalada.
1) b.
1
CO2(g) + 2H2O
2 NH 3 (g)
2 NH 3 (g 2 NH 3 (g) 2 NH 3 (g)
Soluciones
Autocomprobación
4) c.
EN TODAS PARTES En la naturaleza ocurren a cada momento cambios químicos que, con frecuencia, ignoramos. En realidad, es difícil estar conscientes de las innumerables reacciones químicas que ocurren a nuestro alrededor y hasta en nuestro cuerpo para mantenerlo vivo. Una reacción química sucede cuando las moléculas interactúan y provocan un cambio químico, lo que significa que las moléculas que interactúan ya no están presentes: se encuentran combinadas de diferente manera para crear algo nuevo. No cabe duda de que sin la química y sus reacciones no habrían fotos, cosméticos, plásticos, vehículos, extintores ni muchas otras cosas que usamos a diario.
118 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Lección 3
Segunda Unidad
Tipos de reacciones químicas Motivación
Hay cambios en los cuales las sustancias no solo
cambian su aspecto, sino que después del cambio son distintas de las que teníamos antes porque se han transformado. ¿Cómo es posible que, a partir de unas sustancias, puedan formarse otras con propiedades muy diferentes? ¿Cómo pueden transformarse unas moléculas en otras diferentes?
Indicadores de logro:
Explicarás correctamente e identificarás con interés ejemplos sencillos de los diferentes tipos de reacciones químicas más comunes, de acuerdo a las sustancias reaccionantes.
Para saber cuáles son los productos en una reacción se consideran cinco tipos de reacciones:
Reacciones de combinación
Reacciones de descomposición
Reacciones de desplazamiento
Reacciones de doble desplazamiento y
Reacciones de neutralización
Veamos ahora cada uno de los tipos de reacciones anteriores:
Experimentarás creativamente, identificarás, compararás y explicarás con interés los diferentes tipos de reacciones químicas de combinación, descomposición, desplazamiento o sustitución simple, doble desplazamiento y de neutralización o reacción ácido-base.
Reacciones de combinación También se llaman reacciones de formación, o síntesis. Son reacciones en las que dos o más sustancias (elementos o compuestos) se combinan para formar un único producto, más complejo. Tal es el caso de la formación del agua a partir del hidrógeno y el oxígeno. También es el de la preparación del cloruro de amonio a partir del amoníaco y del ácido clorhídrico. 2H2(g) + O2
2H2O (l)
HCl(ac) + NH3(ac)
NH4Cl (ac)
Cloruro de amonio
Noveno Grado - Ciencias Naturales 119
UNIDAD 2
1
Actividad
¿Cómo se forma un compuesto? Materiales a utilizar: Una tira de magnesio metálico Un mechero Una pinza Un plato pequeño de vidrio Una espátula Procedimiento: 1. Toma la tira de magnesio con la pinza y acércala a la llama del mechero, hasta que toda la tira se haya quemado.
2.
Coloca con la espátula el producto de la combustión del magnesio en el plato de vidrio y observa ¿Qué forma tiene? Anota los resultados. Observarás un polvo gris muy fino. 3. Reflexiona y contesta las siguientes preguntas: a) ¿Cómo se llama el compuesto obtenido? b) ¿Cómo se escribe esta ecuación química? c) ¿Qué tipo de reacción se llevó a cabo?
Otro ejemplo es la reacción de síntesis del amoníaco: N2 + 3H2
2NH3 Amoníaco
Existen varios tipos generales de reacciones de combinación: Metal + no metal compuesto binario 4Al (s) + 3O2 (g)
2Al2O3 (s)
2Mg(s) + O2(g)
2 MgO(s)
2Na (s) + Cl2 (g)
2NaCl (s)
aluminio oxígeno magnesio oxígeno sodio
cloro
Sodio + cloro
óxido de alumínio óxido de magnesio cloruro de sodio
Cloruro de sodio
No metal + Oxígeno 2 C (s) + O2 (g)
carbono oxigeno
C (s) + O2 (g)
carbono oxigeno
120 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Óxido no metálico 2CO (g)
monóxido de carbono
CO2 (g)
bióxido de carbono
UNIDAD 2 Oxido metálico + agua CaO (s) + H2 O ( l ) óxido de calcio
hidróxido Ca(OH)2 (s)
agua
hidróxido de calcio
Óxido no metálico + agua SO2 (g) + H2O ( l ) dióxido de azufre
oxácido H2SO3(ac)
agua
ácido sulfuroso
SO3 (g) + H2O ( l ) trióxido de azufre
H2SO4(ac)
agua
ácido sulfúrico
Óxido metálico + óxido no metálico CaO (s) + SO2 (g)
sal CaSO3 (s)
óxido de calcio bioxido de azufre
sulfito de calcio
Reacciones de descomposición
En estas reacciones, un compuesto se descompone para formar dos o más sustancias nuevas; generalmente se necesita calor para que ocurra la reacción. En resumen, una sustancia compleja se transforma en otras de estructura más simple. Entre las reacciones más comunes de este tipo se encuentran: Hidratos
BaCl2.2H2O (ac)
cloruro de bario dihidratado Cloruro de bario
BaCl2 (s) + 2H2O ( l ) agua
Cloratos
2KClO3 (ac)
clorato de potasio
2KCl (ac) cloruro de potasio
+ 3O2 (g)
oxigeno molecular
Óxido de metales
2HgO (g)
calor óxido de mercurio
2Hg ( l ) + O2 (g) mercurio
oxigeno molecular
Carbonatos
CaCO3 (s)
calor carbonato de calcio
CaO (s) + CO2 (g) óxido de calcio + bioxido de carbono
Noveno Grado - Ciencias Naturales 121
UNIDAD 2 Carbonatos de hidrógeno o bicarbonatos
2NaHCO3 (s)
Calor
Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O ( l )
Bicarbonato de sodio carbonato de sodio + bióxido de carbono + agua
Agua
2H2O ( l )
agua
2H2 (g) + O2 (g)
corriente eléctrica hidrógeno oxígeno
Reacciones de sustitución o desplazamiento En ellas un elemento pasa a ocupar el lugar de otro en un compuesto. Un metal reemplaza a otro ión metálico en una solución; el metal libre debe ser más activo que el metal que está en solución. Por ejemplo, la reacción del hidrógeno de un ácido por un metal: H2SO(1) + Fe (s) ácido sulfúrico
hierro
2
FeSO4
+ H(g)
sulfato de hierro
hidrógeno
Actividad
¿Quién sustituye a quién? Materiales a utilizar: Un tubo de ensayo Un clavo de hierro limpio 25 ml de ácido clorhídrico diluido Procedimiento 1. Coloca un clavo de hierro en el tubo de ensayo. 2. Agrega los 25 ml de HCl al tubo. Observa el desprendimiento gaseoso. a) ¿Cuáles son tus conclusiones? b) ¿Cuál es la ecuación que representa esta reacción? Otros ejemplos de reacciones de sustitución son las siguientes:
Zn(s) + 2HCl (1)
zinc ácido clorhídrico
2Na (s) + 2H2O (1) sodio agua
122 Ciencias Naturales - Noveno Grado
ZnCl2 (ac)
+ H2(g)
cloruro de zinc
hidrógeno molecular
2NaOH (ac) + H2 (g)
hidróxido de sodio
hidrógeno molecular
UNIDAD 2 También existen reacciones de desplazamiento en las cuales toman parte los no metales, como el flúor, el cloro, el bromo y el yodo. Un ejemplo es el siguiente: Cl2(g) + 2NaBr (s) cloro +
2NaCl (s)
bromuro de sodio
+ Br2 (g)
cloruro de sodio bromo
¿Ya escribiste la ecuación que corresponde a la actividad: ¿Quién sustituye a quién? (en la página anterior). Esperamos que tu respuesta sea igual a la siguiente: 2Fe (s) + 6HCl (1)
2FeCl3 (ac) + 3H2 (g)
Como es una reacción de desplazamiento, el hierro sustituye al hidrógeno junto al cloro y forman el cloruro de hierro más hidrógeno gaseoso.
Reacciones de intercambio o doble desplazamiento En este tipo de reacciones dos elementos de compuestos distintos intercambian sus posiciones para obtener nuevos compuestos. Por ejemplo, el intercambio de metales entre dos sales: NaCl(s)
+ AgNO3
NaNO3(s)
+ AgCl(s)
AgNO3 (s) + HCl(1)
AgCl (ac)
+ HNO3(1)
Na2SO4(s) + Pb(NO3)2
PbSO4(s)
+ 2NaNO3 (s)
Ba(NO3)2 + 2NaOH (s)
Ba(OH)2 (s) + 2NaNO3 (s)
cloruro de sodio
nitrato de plata
nitrato de plata ácido clorhídrico
cloruro de plata
sulfato de sodio nitrato de plomo nitrato de bario
hidróxido de sodio
nitrato de sodio
sulfato de plomo hidróxido de bario
cloruro de plata ácido nítrico
nitrato de sodio nitrato de sodio
Reacciones ácido base o de neutralización Constituyen una de las reacciones más frecuentes, tanto en la naturaleza como en el campo de las aplicaciones industriales. Este tipo de reacciones es conocida como reacción de neutralización, ya que el efecto de uno neutraliza la acción del otro. Un ácido reacciona con una base y se forma una sal y cierta cantidad de agua. Tenemos, por ejemplo, la formación de cloruro de sodio a partir de ácido clorhídrico e hidróxido de sodio:
HCl
NaOH
ácido clorhídrico
hidróxido de sodio
NaCl + H2O precipitado de cluoruro de sodio
Noveno Grado - Ciencias Naturales 123
UNIDAD 2 Ácido HCl(1)
+ base + NaOH (s)
sal NaCl(s)
+ agua + H2O (1)
Óxido metálico
+ ácido
sal
+ agua
CaO(s)
+ 2HCl (1)
CaCl2 (s) + H2O (1)
Óxido no metálico + base SO2 + 2NaOH(s)
sal + agua Na2SO3 (s) + H2O(1)
Óxido ácido SO3
sal MgSO4 (s)
+ óxido básico + MgO
En la actualidad, desde un criterio basado en la naturaleza de las reacciones, éstas se clasifican en dos grandes grupos: a)
Reacciones ácido-base (que ya estudiaste)
b)
Reacciones de oxidación-reducción, que se caracterizan porque se transfieren electrones desde la sustancia que se oxida a la que se reduce.
Un ejemplo de este tipo de reacciones es la que se observa en la siguiente experiencia.
3
Actividad
¡Brilla, brilla! Materiales a utilizar: Un recipiente grande de plástico Papel de aluminio suficiente para cubrir el fondo del recipiente Guantes y anteojos de preferencia, también cubrebocas y nunca sin supervisión de un adulto. Media taza de sal de soda o soda cáustica (NaOH)(se compra en las ferreterías o en la sección de detergentes del supermercado; recuerda tener cuidado al manipularla). Agua caliente en cantidad suficiente para llenar el recipiente hasta la mitad de su capacidad Una cuchara Objetos de plata que estén sucios, tales como cucharas, bandejas, recipientes, adornos, monedas antiguas, etc. Trapo para limpiar
124 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Procedimiento Con el apoyo y orientación del profesor o profesora: 1. Coloca un trozo grande de papel de aluminio en el fondo del recipiente 2. Colocar media taza (aproximadamente 50 gramos) de sal de soda sobre el papel aluminio dentro del recipiente. Debes utilizar una cuchara de madera para manipular la sal de soda y guantes de mano para protegerte 3. Llena el recipiente hasta la mitad con agua caliente. No toques la solución 4. Deposita en el líquido los objetos de plata que estén sucios y déjalos en remojo durante varios minutos 5. Cuando los objetos parezcan limpios, sácalos, enjuágalos y sécalos a)
¿Qué sucedió?
b)
¿Cuáles son tus comentarios u observaciones?
UNIDAD 2 Seguro que mencionaste que la plata quedó limpia, pero el papel de aluminio perdió brillo. La plata es un elemento (sustancia pura que no puede descomponerse químicamente). Cuando la plata se pone en contacto con los productos químicos del aire, se produce una reacción química. La plata y los productos químicos reaccionan para formar un compuesto (la película sucia sobre la superficie de la plata, lo que le quita el brillo). Cuando la plata se colocó en el agua con la sal de soda y el papel de aluminio, las partículas con carga eléctrica llamadas electrones fueron atraídas del aluminio a las manchas que tenían los artículos de plata. Esto hizo cambiar la plata sin brillo a brillante. La pérdida de electrones del papel de aluminio hizo que éste se decolorara. Los dos procesos ocurrieron en forma simultánea. La ganancia de electrones se llama reducción y la pérdida de electrones se llama oxidación. Los científicos llaman a este proceso eléctrico, en el cual los electrones se transfieren de una sustancia a otra, reacción redox. La palabra redox proviene de dos procesos: reducción y oxidación.
Punto de apoyo ¿Sabías que la plata es un metal? Todos los metales tienen características comunes: son brillosos, maleables (pueden transformarse en láminas finas y flexibles), son buenos conductores del calor y de la electricidad y, además, son dúctiles, lo que significa que pueden estirarse en alambres largos y finos. Cloruro de amonio: es un polvo, cuyo color varía entre incoloro y blanco. No tiene olor y absorbe humedad. El cloruro de amonio causa una respuesta diurética en las personas. Oxácido: es un compuesto formado por hidrógeno, oxígeno y un no metal. Ejemplos: ácido sulfúrico (H2SO4 ) y ácido crómico (H2CrO4 ).
Resumen Las reacciones químicas tienen gran importancia ya que son fenómenos que vemos a diario en nuestra vida y constituyen la base de la realización de las funciones vitales y de las demás actividades del ser humano o cualquier otro ser vivo, como por ejemplo, la respiración. Es una reacción química, ya que al organismo entra oxígeno y sale bióxido de carbono. Además, todas las sustancias que usamos los seres vivos son producto de reacciones químicas. Existen varios tipos de reacciones químicas: de combinación, de descomposición, de sustitución o desplazamiento, de doble sustitución o doble desplazamiento y de neutralización; todas son diferentes, pero cumplen la misma función: la formación de una o varias sustancias y compuestos nuevos, los cuales pueden ser útiles o también dañinos. Óxido: también llamado anhídrido, es un compuesto químico que contiene uno o varios átomos de oxígeno. Ejemplos: el bióxido de nitrógeno (NO2) y el anhídrido carbónico (CO2).
Noveno Grado - Ciencias Naturales 125
UNIDAD 2
1
Identifica el tipo de reacción que sucede. 2NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2HCl: a) combinación. b) desplazamiento. c) doble desplazamiento. d) neutralización.
3
En una reacción típica de un ácido con una base. a) combinación. b) desplazamiento. c) doble desplazamiento. d) neutralización.
2
Clasifica la reacción siguiente: AlCl3 + H2. Al + HCl a) combinación. b) desplazamiento. c) doble desplazamiento. d) neutralización.
4
¿Qué clase de reacción es la siguiente? 2HgO(g) 2Hg(l) + O2(g) a) descomposición. b) sustitución. c) neutralización. d) combinación.
Soluciones
1) c.
2) b.
3) d.
Autocomprobación
4) a.
EL ÁCIDO QUE PICA LOS DIENTES Las reacciones de neutralización ayudan a explicar un fenómeno mundial como lo es la caries dental. El esmalte de los dientes está formado por un compuesto básico, por lo que es atacado por los ácidos que producen las bacterias que actúan en los restos alimenticios que quedan entre los dientes. El azúcar que contienen los dulces, chocolates y refrescos es dañino en el interior de tu boca porque con ellos las bacterias producen ácido láctico (un ácido débil), que con el tiempo logra disolver el esmalte de los dientes.
126 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Lección 4
Primera Unidad
De vital importancia Motivación
¿De qué están hechas una galleta, una naranja, una
papa? ¿Te has preguntado alguna vez? Los principales componentes de todos los seres vivos son las sustancias orgánicas: proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. Cada una de ellas presenta propiedades particulares que hacen posible su reconocimiento por medio de reacciones químicas. Eso es, precisamente, lo que harás en esta lección. ¿Comenzamos? Indicadores de logro:
Identificarás y describirás con interés las fuentes naturales y artificiales de obtención de compuestos orgánicos. Identificarás experimentalmente y con curiosidad carbohidratos en algunos alimentos, al utilizar sustancias indicadoras. Explicarás correctamente y con interés las funciones químicas que desempeñan los carbohidratos en los seres vivos.
Compuestos orgánicos Todas los compuestos orgánicos tienen en sus moleculas átomos de carbono. Esto es posible ya que el carbono se une muy fácilmente entre sí, formando cadenas que tienen diferentes longitudes y formas. A estas cadenas también se pueden unir otros átomos como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre. Entre los compuestos orgánicos más importantes están: los hidratos de carbono, los lípidos, las proteínas, las vitaminas y los ácidos nucleicos.
Carbohidratos Son uno de los principales componentes de la dieta humana y abarcan azúcares, almidones y fibra. Ellos dan energía al cuerpo, especialmente al cerebro y al sistema nervioso.
Identificarás con interés el origen biológico de los lípidos y explicarás la importancia para el ser humano. Representarás, describirás e identificarás con seguridad las características principales y el modelo de los ácidos nucleicos. Explicarás con interés que las vitaminas se dividen en hidrosolubles (C y todo el complejo B) y en liposolubles (A, D, E, K)
Los azúcares y almidones están formados por tres elementos (carbono, hidrógeno y oxígeno). Como el hidrógeno y el oxígeno forman el agua, se les llamó carbohidratos (carbono con agua). Hay diferentes tipos de hidratos de carbono: Monosacáridos Son los más simples y están formados por una sola molécula. Aquí se ubican los azúcares que tienen las frutas, como la fructosa y glucosa. CH OH ² T C H
O H
H
C
C
HO
OH
H
C
C
H
OH
OH
Glucosa
Noveno Grado - Ciencias Naturales 127
UNIDAD 2 Disacáridos Están formados por dos moléculas de monosacáridos y, por tanto, al romperse se producen dos monosacáridos. Incluyen la azúcar llamada lactosa (en los lácteos) y la sacarosa (azúcar de mesa).
Actividad
La sacarosa es el disacárido más abundante en la naturaleza y es la principal forma en la cual los carbohidratos son transportados en las plantas. La miel también es un azúcar doble, pero a diferencia del azúcar de mesa, contiene una pequeña cantidad de vitaminas y minerales. Recuerda que a los niños menores de un año no se les debe dar miel porque podría provocarles una intoxicación llamada botulismo. Oligosacáridos Están compuestos por entre 3 a 9 moléculas de monosacáridos. Se encuentran en forma natural en frutas, verduras, leche y miel. Son importantes porque favorecen el desarrollo de la flora bacteriana saludable y contribuyen a la reducción de la incidencia del cáncer de estómago. Entre los oligosacáridos más abundantes en la naturaleza están la inulina y la oligofructosa, y están presentes en muchos vegetales tales como: la cebolla, el ajo, el plátano, el puerro, los espárragos, entre otros. Polisacáridos Son cadenas de más de diez monosacáridos. Son carbohidratos complejos, que incluyen los panes, cereales integrales y las verduras ricas en almidón. CH2 O
O HO
C O CH
CH2OC O
HO
CH2 O
O HO
C O CH
O CH
CH2OC O
HO
O O CH
CH2 O
HO
O CH
CH2OC O
HO
O CH
CH2OC O
HO
O CH
CH2OC O
HO
O CH
O
Tú puedes encontrar carbohidratos en forma natural en las frutas, la leche y sus derivados, las verduras, los dulces y el azúcar. La ingestión excesiva de carbohidratos puede causar obesidad y su deficiencia, desnutrición.
128 Ciencias Naturales - Noveno Grado
1
¿Dónde está el almidón? Desde que entran en la boca, los alimentos comienzan a ser transformados, a ser desdoblados en sus elementos constituyentes. La saliva tiene una función importante en esta etapa de la digestión. Averigua más al respecto con la siguiente experiencia. Materiales a utilizar: 4 platos pequeños Tirro Marcador Cronómetro Un gotero Yodo 2 galletas Procedimiento: 1. Coloca los platos uno a la par del otro 2. Con el tirro y el marcador coloca los siguientes 4 carteles, uno para cada plato: Sin masticar 30 segundos 5 minutos 10 minutos 3. Deposita una galleta en el plato rotulado sin masticar 4. Deja caer una gota de yodo sobre la galleta. ¿Qué observas? 5. Mastica una galleta durante 15 segundos, empápala con tu saliva 6. Divide en tres partes la galleta masticada y coloca cada fragmento en los platos que están vacíos. Espera 15 segundos. 7. Pon una gota de yodo en la galleta que tiene el cartel 30 segundos. ¿Que sucede? 8. Deja transcurrir 5 minutos. Deposita una gota de yodo en la galleta que dice 5 minutos. ¿Observas algo? 9. Cuando pasen 5 minutos más, coloca una gota de yodo en la galleta que dice 10 minutos a) ¿Qué sucede? b) ¿Cuáles son tus conclusiones? Socializa tus resultados con la clase.
UNIDAD 2 Veamos:
Lípidos
Cuando colocas el yodo en la galleta sin masticar, ésta reacciona poniéndose de un color azul oscuro. Las masticadas no tienen ese color azul oscuro al añadirles yodo.
También son llamados grasas y representan, junto con los carbohidratos, la mayor fuente de energía para el organismo. Según su composición química se clasifican en:
El yodo es un químico que se se pone azul oscuro o negro cuando está en contacto con el almidón. Las galletas tienen almidón. El almidón es una molécula grande formada por moléculas de azúcar unidas entre sí.
1.
Al masticar la galleta, la impregnaste de saliva, y una de las funciones de este fluido orgánico es ayudar a dividir las moléculas del almidón, que son muy largas. De tal manera que el almidón va desapareciendo y las moléculas de azúcar, más pequeñas, aparecen. A los 30 segundos poca cantidad del almidón de las galletas se ha transformado en azúcar, por eso viste el color azul. A los 5 minutos ya se han dividido más moléculas de almidón y, transcurridos 10 minutos, ya casi no hay presencia de almidón, por lo que no hay color azul.
Punto de apoyo ¿Qué es la saliva? Es un líquido claro que se fabrica en las glándulas salivales, alrededor de 1 a 2 litros diarios. Está compuesta por agua, sales minerales y algunas proteínas. Contiene la enzima ptialina, que desdobla las moléculas del almidón en la boca, comenzando la digestión de los hidratos de carbono.
Ácidos grasos, aquí se incluyen los triglicéridos, que están compuestos por 3 ácidos grasos y una molécula de glicerina. Son el principal tipo de grasa transportado por el organismo. El exceso de triglicéridos se relaciona con las enfermedades de la arteria coronaria.
Los ácidos grasos pueden ser saturados, como manteca de cerdo y mantequilla de origen animal. Ejemplos de ácidos grasos saturados Butírico
CH3(CH2)2COOH
Láurico
CH3(CH2)10COOH
Mirístico
CH3(CH2)12COOH
Palmítico
CH3(CH2)14COOH
Esteárico
CH3(CH2)16COOH
Araquídico
CH3(CH2)18COOH
Los ácidos grasos insaturados abundan en las grasas de origen vegetal (aceite de oliva, margarina, semillas de soya, maíz, girasol).
Ejemplos de ácidos grados insaturados. Linolenico Linoleico Araquidónico Oleico Erúcico Palmitoleico
CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)7CH=CH(CH2)2COOH CH3(CH2)5HC=CH(CH2)7COOH
Noveno Grado - Ciencias Naturales 129
UNIDAD 2 3.
Glucolípidos: forman parte de las estructuras del sistema nervioso. O NH C CH2 OH O
OH O
CH HO CH2OH
4.
2.
Fosfolípidos: son importantes en el metabolismo. Ejemplos de ellos son la lecitina y la colina, que impide la acumulación de grasas en el hígado.
R¹ C O
CH2
Polar
R¹ C O
CH
O
2
Un regalo para tu salud sería que redujeras el consumo de grasas de origen animal y mantuvieras o aumentaras el consumo de las de origen vegetal. CH3
H3C
O
O Apolar
Colesterol: Puede ser sintetizado por el hígado, pero también lo aportan algunos alimentos. El exceso de colesterol en el organismo puede causar enfermedades cerebrovasculares y del corazón.
C2H O P O X O
H3C CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH3 CH3
HO
Estructura química del colesterol
Funciones de los lípidos Son aislantes térmicos del cuerpo y proporcionan energía. Forman parte de la membrana celular y de la masa cerebral. Ayudan a elaborar bilis, hormonas y vitamina D. Participan en los procesos de crecimiento y regeneración de tejidos y órganos.
Actividad
Reconocimiento de lípidos Materiales a utilizar: 5 trozos de papel blanco Gotas de aceite comestible Goteros Gotas de solución azucarada Gotas de agua Una cucharadita de manteca Procedimiento 1. Frota un pedazo de manteca contra uno de los papeles
130 Ciencias Naturales - Noveno Grado
2. 3. 4. 5. 6. a)
blancos. Vierte algunas gotas de aceite sobre otro de los papeles. Derrama gotas de agua sobre el tercer papel. Pon gotas de agua azucarada sobre el cuarto papel. Deja que transcurran 5 minutos. Si aparece una mancha traslúcida sobre el papel indicará la presencia de lípidos en la muestra analizada. Haz un cuadro, como el siguiente, en el que anotes tus resultados
UNIDAD 2
Papel No. 1 No. 2 No. 3 No. 4 a) b) c)
Ensayo
Observación
Papel más agua Papel más manteca Papel más aceite Papel más solución azucarada
No deja mancha Deja mancha al secarse Deja mancha al secarse No deja mancha
¿Qué diferencias encuentras entre los papeles 3 y 4? ¿Se secó la mancha de aceite como la de agua o la del agua azucarada? ¿Por qué? ¿Cuáles son tus conclusiones?
Proteínas
de defensa natural contra infecciones o agentes extraños.
Las proteínas están constituidas por unidades más pequeñas llamadas aminoácidos, los que, a su vez, están formados por la combinación de 5 elementos básicos (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre). Las proteínas pueden ser solubles en agua, como la clara de huevo, o pueden ser fibras, como los pelos; pero lo único que las diferencia en su estructura química es el número de aminoácidos que las forman, la naturaleza de ellos y el orden en que se encuentran unidos entre sí. Cadena de aminoácidos
Estructura de una proteína
¿Cuál es la función de las proteínas? Son esenciales para el crecimiento. Los lípidos y carbohidratos no las pueden sustituir, por no contener nitrógeno. Proporcionan los aminoácidos esenciales fundamentales para la formación de los tejidos. Son materia prima para elaborar jugos digestivos, hormonas, proteínas plasmáticas, hemoglobina, vitaminas y enzimas. Actúan como transporte de gases como oxígeno y bióxido de carbono en sangre (hemoglobina). Defienden al organismo: los anticuerpos son proteínas
Resistencia: el colágeno es la principal proteína en los tejidos de sostén. La contracción muscular se realiza por medio de la miosina y la actina, proteínas contráctiles que permiten el movimiento celular. En el organismo de un ser humano adulto, del 18 al 19% de su peso está formado por proteínas, lo que supone que alguien que pese 140 libras, tendría 26 libras de proteínas. Esta cantidad, almacenada fundamentalmente en los músculos, se encuentra en un proceso de continua renovación, ya que diariamente se destruyen aproximadamente de 200 a 300 gramos de proteína y sintetizamos otra cantidad similar. Por eso es importante saber qué alimentos nos proporcionan las proteínas que nuestro organismo necesita. Son fuente de proteínas: las carnes, los pescados, los frijoles, los huevos, los lácteos, la soya, entre otros.
Punto de apoyo Un aminoácido es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH; ácido), de ahí deriva su nombre. Los aminoácidos esenciales son aquellos que necesitan ser ingeridos por el organismo en los alimentos; algunos aminoácidos esenciales son la valina, la leucina y la lisina. H O
H
N H
C R
C O
Noveno Grado - Ciencias Naturales 131
UNIDAD 2
3
Actividad
¿De qué están hechos los seres vivos? Materiales a utilizar: Hueso de una pierna de pollo crudo Una taza de leche de preferencia descremada Un huevo crudo Hebras de cabello Dos limones Vinagre (una taza) Un frasco con alcohol Material Queratina: Proteína del cabello
Un filtro para cafetera Colador 3 frascos grandes, vasos o botes con tapa Una taza de líquido blanqueador Procedimiento Los alumnos pueden formar equipos para hacer la actividad y luego socializar los resultados, cuando ya todos hayan terminado. Pasos
1. Colocar en un plato pequeño un poco de líquido blanqueador 2. Coloca un mechón de cabello. Observa las burbujas 3. Tapa el frasco y espera de 5 a 10 minutos
Caseína: Proteína de la leche
1. Coloca un poco de leche en dos frascos o vasos 2. Etiqueta a uno como limón y al otro como vinagre 3. Agrega al frasco o vaso etiquetado como limón el jugo de un limón. Agita 4. Agrega al otro frasco o vaso un poco de vinagre. Agita 5. Observa y deja reposar los recipientes por 30 minutos 6. Coloca un papel filtro de cafetera en un colador y pasa la mezcla del vinagre con la
leche
7. Toca el polvo blanco que queda en el filtro. Es caseína
Colágeno: Proteína del hueso
1. Retirar la piel de una pierna de pollo cruda hasta que quede lo más limpio posible el hueso y un poco de cartílago 2. Coloca el hueso de pollo en un frasco 3. Agrega vinagre hasta cubrir el hueso y observa la formación de burbujas 4. Deja por 10 días, pero cambia el vinagre cada 2 días 5. Saca el hueso y prueba su elasticidad tratando de doblarlo, suavemente 6. Si tienes una lupa, aprovecha para observar las características del hueso
Ovoalbúmina: Proteína de la clara del huevo
1. Separa con cuidado la clara de la yema de un huevo 2. Coloca la clara en dos vasos desechables transparentes 3. Etiqueta un vaso como alcohol y el otro como vinagre 4. Agrega a uno un poco de alcohol y al otro un poco de vinagre 5. Observa cuidadosamente 6. Deja reposar unos 10 minutos y luego observa, inclinando cada vaso ligeramente
132 Ciencias Naturales - Noveno Grado
UNIDAD 2 Después de hacer los experimentos, cambia el hueso por cartílago, o a la clara de huevo agrégale sal o caliéntala. También se puede agitar la clara de huevo, observa, discute con tus compañeros y saquen conclusiones, con la ayuda de tu profesora o profesor.
por un grupo fosfato y una pentosa (azúcar simple con 5 carbonos), a la cual se une una estructura orgánica cíclica llamada base (adenina, guanina, citosina, timina o uracilo).
Algunas de las conclusiones pueden ser las siguientes:
N H C
Las proteínas son los componentes estructurales principales de todos los tejidos vivos. Las proteínas tienen propiedades que se alteran si se cambia el medio donde se encuentran. Entre los factores que las alteran están: temperatura, pH y la presencia elevada de sal.
Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos se encuentran en todas las células vivas y están combinados en casi todos los casos con ciertas proteínas. Químicamente, son enormes compuestos en forma de cadenas, con un peso molecular de millones; en estas cadenas se repite (a intervalos regulares) la misma estructura, aunque no idéntica, representando los enlaces o unidades de la cadena. Cada uno de los cientos de unidades que forman un ácido nucleico se llama nucleótido y está constituido
N O O P O CH O O H H H H Grupo fosfáto OH OH Azúcar
C C
C
N C H
N Base Nitrogenada
Los ácidos nucleicos son las moléculas que tienen la información genética de los organismos y son responsables de su transmisión hereditaria. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN).
Características
ADN
ARN
Azúcar que contiene Bases nitrogenadas que lo forman Estructura de la cadena Función
Desoxirribosa Adenina, guanina, citosina y timina Cadena doble Transmisión de caracteres hereditarios
Ribosa Adenina, guanina, citosina y uracilo Cadena sencilla Participa en la síntesis de proteínas y como mensajero de las órdenes dictadas por el ADN ARN ARN
ADN ADN
Noveno Grado - Ciencias Naturales 133
UNIDAD 2 Vitaminas Las vitaminas son sustancias orgánicas imprescindibles en el metabolismo de los seres vivos. Sin ellas el organismo no es capaz de aprovechar los elementos suministrados por la alimentación. Las vitaminas realizan varias funciones muy importantes en el metabolismo del ser humano: ayudan al crecimiento y a la visión, actúan sobre la coagulación de la sangre, absorben y fijan el calcio,
refuerzan defensas, evitan el envejecimiento, facilitan la circulación sanguínea y actúan sobre la actividad de algunas hormonas entre otras. En 1912, el bioquímico Casimiro Funk propuso llamarlas vitaminas, la palabra proviene del latín vita (vida) y de amina (amina necesaria para la vida). Las vitaminas pueden ser liposolubles o hidrosolubles.
Vitaminas hidrosolubles
Vitaminas liposolubles
Se disuelven en agua, por lo que pueden quedarse en el agua de lavado o de cocción. Por eso es recomendable aprovechar el agua de cocción para preparar sopas.
No son solubles en agua, se almacenan en el organismo y su ingestión en exceso puede provocar intoxicación.
No se almacenan en el organismo. Su exceso se excreta por la orina.
Son lípidos.
Son hidrosolubles las vitaminas del complejo B y la vitamina C.
Pertenecen a este grupo las vitaminas A, D, E y K.
Se encuentran en las carnes, yema de huevo, cereales, lácteos, pollo, Las contienen las vísceras de animales, las zanahorias, brócoli, vegetales verdes, frutas cítricas y papas. quesos, huevos, sardinas, atún, leche, yogur, coco, margarina, hojas de vegetales verdes.
4
Actividad
Encontremos vitamina C Materiales a utilizar: Tabletas de vitamina C Solución de yodo Limón Bebida de frutas Solución de almidón Procedimiento: 1. Tritura la pastilla de vitamina C 2. Exprime un limón y obtén un poco de jugo 3. Coloca en una plato pequeño un poco de polvo de vitamina C, agrega agua y disuelve 4. En otros dos platos pequeños coloca por separado, jugo de limón y una bebida de frutas 5. Añade 3 gotas de solución diluida de yodo a cada una de los tres platos pequeños. Agita 6. Coloca en cada plato pequeño, 5 gotas de la suspensión de almidón, espera 2 minutos y observa
134 Ciencias Naturales - Noveno Grado
UNIDAD 2
Resumen
Compuestos orgánicos Constituyen a
Lipídos
Vitaminas
Se disuelven en agua
Se disuelven en grasas
Ácidos nucleicos Con desoxiribosa
Hidrosolubles
Proteínas Con ribosa
ADN
ARN
Liposolubles Monosacáridos
Disacáridos
Carbohidratos
Oligosacáridos
Polisacáridos
Noveno Grado - Ciencias Naturales 135
UNIDAD 2
El almidón pertenece al siguiente grupo de compuestos:? a) vitaminas. b) carbohidratos. c) lípidos. d) proteínas.
3
2
Son sustancias que sirve como reserva de energía en el organismos: a) las vitaminas. b) los carbohidratos. c) los lípidos. d) las proteínas.
4
3) a.
2) c.
Una de las funciones de las vitaminas es: a) fortalece las defensas. b) retardar el crecimiento. c) curar enfermedades. d) liberar CO2 del organismo.
Una de las funciones más importantes de las proteínas es: a) son fuente de reserva de energía. b) proporcionan grasa al organismo. c) sustituyen a los alimentos. d) sirven de defensa al organismo por medio de los anticuerpos.
1) b.
1
Soluciones
Autocomprobación
4) d.
¿PASTEURIZADA O ULTRAPASTEURIZADA? Para pasteurizar la leche se somete a temperaturas entre los 72 y 75 ºC, durante 15 a 20 segundos, lo que elimina los microbios patógenos; pero pueden quedar algunos, lo cual obliga a refrigerar la leche. Para obtener leche ultrapasteurizada (U.H.T.) se calienta hasta temperaturas entre 135 ºC y 140 ºC durante algunos segundos y luego se enfría rápidamente en un sistema pasteurizado. Después se coloca en un envase aséptico. Esta leche puede permanecer hasta 180 días en envase cerrado, a diferencia de la pasteurizada que solo dura 5 a 7 días en refrigeración.
136 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Lección 5
Segunda Unidad
¿De dónde venimos? Motivación
Q
¿ ué es la vida? ¿Cómo han surgido los seres vivos que nos rodean? Esas son las preguntas que se han hecho los seres humanos desde hace siglos. Pero no se han conformado con preguntar, también han tratado de encontrar la respuesta. Cuando no podían descifrar la realidad, crearon leyendas, explicaciones ilógicas en determinado momento, que se han sustituido ante el avance de la ciencia. De eso trata esta lección, de conocer la respuesta que tú tienes para esas preguntas y de que conozcas las hipótesis, investigaciones y experimentos que los científicos y las científicas han hecho con tal de llegar a la verdadera explicación del origen de la vida en nuestro planeta.
Indicadores de logro:
Representarás y explicarás con responsabilidad las principales hipótesis sobre el origen de la vida. Experimentarás y explicarás con claridad y curiosidad ideas y hechos que refutan las hipótesis de la generación espontánea.
Identificarás y explicarás con seguridad e interés las condiciones físico-químicas que permitieron la vida en la Tierra, según la teoría de Oparin y Haldane. Identificarás, compararás y explicarás con seguridad e interés las opiniones controvertidas de las distintas hipótesis relativas al origen de la vida, y las más aceptadas por la comunidad científica mundial.
Hipótesis sobre el origen de la vida Cada una de las religiones del mundo ha tratado de explicar la creación de la Tierra y del ser humano con interpretaciones interesantes. La historia de la creación, según se narra en la Biblia, es un ejemplo. Muchos interpretan sus conceptos sencillos y generales como símbolos del espíritu y majestad de Dios. Hace 500 años casi todos los cristianos aceptaban literalmente lo que decía la Biblia. Algunos hasta se atrevieron a calcular la edad de la Tierra y el día y la hora exacta de la creación.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 137
UNIDAD 2 ¿Quién podía discutir con estos hombres? Nadie, todavía no había nada parecido a la ciencia moderna, la Iglesia tenía el control del pensamiento filosófico y decidía qué era verdad y qué no lo era. Muchos filosófos y científicos fueron acusados de herejía y se les cuestionaba por atraverse a investigar y formular sus respuestas.
establece que el hombre es la creación suprema de Ala, su Dios y su profeta es Mahoma. La teoría creacionista, basada en gran medida, en la narración bíblica del Génesis, afirma que en la Tierra cada especie fue creada por separado durante un breve lapso de actividad divina y que cada especie mantiene su peculiaridad única y bien definida. Como no pueden someterse a una verificación experimental, los fundamentos del creacionismo están excluidos del campo de la ciencia.
Creacionistas y evolucionistas La teoría creacionista propone y afirma que la vida surgió en el planeta por la voluntad de un ser divino, el cual creó las plantas, los animales y al ser humano. En torno a esta creencia, hay diferentes mitos y leyendas, según las diferentes culturas y religiones. Por ejemplo: El Popol Vuh Este libro maya explica la creación del universo, de la luz, de la tierra, de los mares y cielos y, a partir de distintos materiales, se formaron los seres vivos y luego el ser humano. Aztecas Creían que Quetzalcóatl tuvo que bajar a las tinieblas creían que el mundo fue creado y destruido cuatro veces por los dioses. Ahora estamos en la quinta creación, que también será destruida, para que pueda surgir el hombre nuevo.
La otra teoría, la evolucionista, sostiene que las formas más complejas de vida provienen de formas menos complejas, a través de un proceso muy largo. En 1859, con la teoría sobre el origen de las especies de Charles Darwin, quedaron sentadas las bases de la evolución biológica. Los evolucionistas afirman que los seres vivos son producto de un proceso de descendencia en el que se introducen sucesivas modificaciones, con origen un antepasado común. Por tanto, todos tenemos un antecesor común y a partir de él evolucionamos gradualmente.
Los judíos y cristianos europeos tienen a la Biblia, en donde se narra, en el Génesis, todo el origen de la vida. Cultura china La religión tradicional China es politeísta, incluye la veneración de los ancestros, el culto a dioses naturales y a los astros. Cultura Musulmana El islamismo es la religión oficial de los musulmanes y
138 Ciencias Naturales - Noveno Grado
El mecanismo por el que se realizan estos cambios evolutivos es la selección natural. La teoría de la evolución ha planteado que la vida humana proviene de la vida animal, pero el “eslabón perdido”, esa combinación de animal y ser humano no se ha encontrado todavía.
UNIDAD 2 La generación espontánea Aristóteles, el filósofo griego, fue el fundador de esta teoría. Él decía que los gusanos y los renacuajos se originaban en el barro calentado por el sol, mientras que las moscas nacían en la carne descompuesta de los animales. Aristóteles pensaba que los gusanos, los insectos y los peces podían crearse a partir de sustancias como el rocío, el sudor y la humedad; además de las combinaciones de los cuatro elementos fundamentales: aire, agua, fuego y tierra. Según él, este proceso era el resultado de la interacción de la materia no viva con fuerzas capaces de dar vida a lo que no la tenía.
1
La idea de la generación espontánea fue considerada como verdad durante muchos siglos (casi dos mil años). En 1667 un médico holandés, Johann van Helmont dio una receta para generar ratones a partir de ropa sucia y trigo. Algunos científicos no estaban conformes con esas explicaciones y comenzaron a poner en duda lo que todo el mundo creía. A mediados del siglo XVII, el biólogo italiano Francesco Redi (1626-1697) hizo los primeros experimentos para demostrar la falsedad de la generación espontánea.
Actividad
Conviértete en Redi Materiales a utilizar: Tres trozos pequeños de carne Tres recipientes de vidrio iguales y muy limpios Tapadera para uno de los recipientes Gasa, cantidad suficiente para tapar la boca de un frasco. Procedimiento 1. Coloca un trozo de carne en cada uno de los tres recipientes 2. Cierra uno de ellos herméticamente 3. Cubre con una gasa el segundo frasco 4. Deja descubierto el tercer recipiente 5. Deja los frascos en un lugar tranquilo y observa durante varios días. a) ¿Cuáles son tus observaciones? Observarás, al igual que lo hizo Redi hace más de 300 años, que la carne contenida en los recipientes cubiertos, entra en estado de putrefacción, pero no tiene larvas (gusanos), al contrario de lo que sucede con la carne en el recipiente descubierto, del que las moscas entraban y salían continuamente y donde dejaron sus huevos. Este experimento habría podido demostrar que la vida solo puede originarse de otra forma de vida ya existente, pero no fue así; la teoría de la generación espontánea
sobrevivió dos siglos más. Un científico inglés, John Needham (1713-1781), realizó muchas veces un experimento en el que preparaba unos caldos de res que colocaba en envases con tapones de corcho. Al hervir los caldos, explicaba, mataba todos los microorganismos presentes. Luego los dejaba durante varios días y al observar al microscopio, encontraba organismos vivos.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 139
UNIDAD 2 Needham reflexionó que el calor aplicado al caldo era suficiente para matar toda forma viviente y que, entonces, la presencia de microorganismos en el caldo, luego de varios días de reposo era originada por la fuerza vital, lo que hacía cierta la teoría de la generación espontánea, según él. Lázaro Spallanzani (1729-1799), un sacerdote y científico italiano, repitió los experimentos de Needham. Hirvió la mezcla y al llenar los frascos, usó corchos para tapar la mitad de los envases, y selló herméticamente los restantes. Transcurridos ocho días, examinó en el microscopio muestras del contenido de todos los envases y observó que los seres vivos aparecieron solo en los frascos tapados con corcho.
dio forma de S a los cuellos de estos envases; el resto lo conservó recto. Después procedió a hervir el contenido de todos los frascos. Los recipientes con cuellos rectos fueron expuestos al aire y luego sellados. Los que tenían el cuello en forma de S quedaron abiertos. Después de algún tiempo, Pasteur solo encontró microorganismos en los frascos con cuello recto. cuello del frasco curvado con calor
Polvo y microbios retenidos
Así demostró Spallanzani que no hay generación espontánea.
Punto de apoyo
Caldo vertido en frasco Hervido del caldo
Abiogénesis es otro nombre para la generación espontánea.
2
Frasco vertical. El caldo permanece sin microbios
Frasco inclinado
Caldo contaminado con microbios
Actividad
Responde las siguientes preguntas a cerca de la generación espontánea. 1. ¿Según los investigadores de la generación espontánea, cuál es el elemento esencial para que ésta exista? 2. ¿Quién fue el fundador de la teoría de la generación espontánea ? 3. ¿Qué materiales fueron utilizados por Pasteur en el laboratorio para rechazar la generación espontánea? Luis Pasteur (1822-1895), un gran científico francés, se propuso encontrar la verdad o la respuesta a la pregunta anterior. Colocó una solución nutritiva en varios recipientes de vidrio. Luego alargó, con calor, el cuello de algunos; le
140 Ciencias Naturales - Noveno Grado
¿Qué significa ese resultado? Que el polvo y el aire contienen microbios. El cuello en forma de S de los envases permitió que entrara el aire, pero las partículas de polvo se quedaron en la parte baja de los cuellos y no avanzaron hasta el caldo, por lo que no hubo reproducción; es lo contrario de lo que pasó en los frascos con el cuello recto, ya que el aire con microorganismos tenía libre acceso al caldo. Así descubrió Pasteur el principio de la esterilización y, además, quedó demostrado que la reproducción de microorganismos es el resultado de la presencia de microbios en las partículas de polvo suspendidas en el aire y que la vida solo puede originarse de otra vida ya existente, lo que echó por tierra la teoría de la generación espontánea.
UNIDAD 2
La panspermia Fue presentada por Svante Arrhenius, un distinguido químico sueco, en 1908. La panspermia explica que la vida llegó a la Tierra en forma de esporas y bacterias desde el espacio exterior, transportadas por un meteorito y polvo cósmico. Los gérmenes que llegaron adheridos a un meteorito, según esta hipótesis, se llaman cosmozoarios, los cuales encontraron condiciones favorables en los mares terrestres y evolucionaron. En la actualidad los seguidores de esta teoría no explican cómo surgió la vida inicialmente en el planeta o lugar del espacio del cual se habría desprendido la espora o bacterias. Por lo que queda, al igual que la generación espontánea y la creacionista, en la falsa ciencia o seudociencia. Svante Arrhenius
Punto de apoyo El planeta Tierra recibe toneladas de polvo cósmico y meteoritos; la mayoría de ellos son destruidos al entrar en contacto con la atmósfera terrestre por las elevadas temperaturas que causa el roce con los componentes de la atmósfera.
La teoría de Oparin-Haldane ¿Cómo era la Tierra hace 5000 millones de años? No se parecía nada a la actual. Los científicos explican que nuestro planeta se formó cuando los materiales de polvo y gas cósmico alrededor del Sol se fusionaron y por enframiento se solidificaron para formar los planetas. La temperatura era muy elevada, la superficie terrestre recibía directamente los rayos solares, los meteoritos y la radiación de elementos como el uranio. La atmósfera contenía vapor de agua, metano, amoníaco, y otros compuestos sometidos al calor de los volcanes y la radiación ultravioleta. No había oxígeno. Al enfriarse la Tierra, poco a poco el agua se condensó y comenzaron las lluvias torrenciales que formaron los océanos.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 141
UNIDAD 2 El bioquímico ruso Aleksandr I. Oparin (1894-1980) se basó en las condiciones físico-químicas que tuvo la Tierra en su estado primitivo para afirmar que existieron condiciones de temperatura, radiaciones solares y composición química que afectaron las sustancias que se encontraban en los mares primitivos; que dichas sustancias se combinaron para formar compuestos orgánicos de alto peso molecular y dieron origen a los primeros seres vivos En su libro, El origen de la vida, publicado en 1924, Oparin explicaba que la atmósfera primitiva debió de contener mucho metano, amoníaco, hidrógeno y vapor de agua, pero sin oxígeno libre. La formación de las complejas moléculas orgánicas necesitó energía que proporcionaron los relámpagos, el sol, los volcanes y la energía proveniente de la desintegración de las sustancias radiactivas. En 1928, John B. S. Haldane, biólogo inglés, propuso en forma independiente una explicación muy semejante a la de Oparin.
Experimento de Miller- Urey El científico norteamericano Stanley Miller, bajo la guía de su profesor Harold Urey, preparó en 1953, un aparato que producía pequeñas cargas eléctricas en el interior de un sistema cerrado que contenía metano, amoníaco, vapor de agua e hidrógeno gaseoso. Este aparato recreaba las condiciones del ambiente terrestre primitivo. Luego de una semana hubo resultados sorprendentes, ya que se obtuvieron moléculas orgánicas complejas, como algunos aminoácidos y bases nitrogenadas, que son fundamentales para los organismos vivos. El experimento de Miller es ahora considerado un clásico de la ciencia y contribuyó en forma decisiva a transformar el estudio del origen de la vida en una disciplina científica, denominada hipotésis del “caldo primordial” Agua Amoníaco Metano Hidrógeno
Gases
Descarga de chispas
Condensador
Agua hirviente
Agua conteniendo aminoácidos
Hipótesis del gen Los organismos más simples que se conocen son muy complejos para formarse espontáneamente. El primer organismo que se formó tuvo que ser mucho más simple. La mayoría de los científicos cree que fueron las proteínas o el ADN.
142 Ciencias Naturales - Noveno Grado
UNIDAD 2 El ADN, la base de la hipótesis del gen desnudo, es el material hereditario, pero no se puede duplicar sin la ayuda de las proteínas.
Posteriormente, las moléculas de ARN aprendieron a controlar a las proteínas en su función y composición. Se produjo así un código genético primitivo.
Las proteínas pueden ser catalizadores en la célula, pero no pueden hacer copias de sí mismas.
Comenzó, de esta manera, entre los ácidos nucleicos y las proteínas una serie de interacciones y de controles. A estos conjuntos se les dio el nombre de hiperciclos, a partir de ellos y por agregación de otras sustancias surgirían después las células primitivas.
Es muy difícil que los ácidos nucleicos puedan duplicarse sin la presencia de proteínas. Se supone que en la mezcla de sustancias iniciales en la Tierra habría pequeñas proteínas y grasas sintetizadas al azar y nucleótidos y que en este medio enriquecido se formaron algunas moléculas de ARN.
Resumen El ser humano ha sentido la necesidad de explicar y comprobar el origen de la vida en el planeta Tierra. Para ello, a través de los siglos ha trabajado a fin de encontrar una verdad que lo satisfaga. Algunas de las propuestas surgidas son: Creacionista: todas las formas vivas fueron creadas por una deidad en un acto de creación único. Evolucionista: es la teoría cinetífica que sostiene que todos los seres vivos actuales proceden por evolución, y a través de cambios más o menos lentos a lo largo del tiempo, de antecesores comunes. Teoría científica de Oparin- Haldane y el experimento de Miller-Urey abonan a favor de la teoría evolucionista. Generación espontánea: los seres vivos se crearon de la materia inerte. Panspermia: la vida se originó fuera de nuestro planeta; algunas esporas y bacterias llegaron hasta aquí y fueron el origen de la vida.
ADN: ácido desoxirribonucleico; ácido nucleico que contiene la información genética de un ser vivo y que está presente en algunos virus, en las células procariotas y en el núcleo de las células eucariotas. ARN: es el ácido ribonucleico que participa en la síntesis de las proteínas y realiza la función de mensajero de la información genética. Espora: Es una unidad reproductiva, típica de la reproducción asexual que puede ser unicelular y que no necesita fecundarse para originar un nuevo individuo. Los musgos, los helechos y los hongos se reproducen por esporas. Nucleótido: compuesto orgánico formado por una base nitrogenada, un azúcar y ácido fosfórico. Desprendiendo de sí el azúcar, una ribosa o una desoxirribosa, el nucleótido resultante se llama ribonucleótido o desoxirribonucleótido.
Polvo cósmico: el polvo cósmico está formado por partículas sólidas de hielo, piedras y cadenas de silicio. El polvo se distribuye en nubes que impiden ver las estrellas que están por detrás. El sistema solar todavía tiene una gran cantidad de polvo cósmico que quedó desde la época de la formación de los planetas, además del que se desprende de los cometas cuando se acercan al Sol. Es uno de los factores responsables de la larga cola que muestran los cometas.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 143
UNIDAD 2
2
3
Uno de los primeros científicos que trabajó para demostrar que no existe la generación espontánea es: a) Luis Pasteur. b) Aristóteles. c) Francisco Redi. d) John Needham.
4
3) c.
¿Qué crees que pasaría si cortases el cuello de alguno de los envases que Pasteur utilizó en el experimento descrito en esta lección, y la solución quedase expuesta al aire? a) saldrán ratones. b) no sucederá nada. c) la solución se descompondrá. d) el líquido se evaporará.
2) c.
¿A cuál de las propuestas sobre el origen de la vida, estudiadas en esta lección, apoya el experimento de Miller-Urey? a) Creacionista b) Panspermia c) Oparin - Haldane d) Spallanzani
La idea fundamental que sostiene la teoría evolucionista es: a) la vida se creó a partir de la nada. b) los microbios dieron origen a los seres humanos. c) la vida es producto de la creación de un ser divino. d) las formas de vida más simples originan con el tiempo otras más complejas.
1) c.
1
Soluciones
Autocomprobación
4) d.
PROPUESTAS DE LA CIENCIA Nadie sabe con exactitud cómo surgió la vida. Los científicos solo proponen algunas teorías. Aristóteles explicó que la vida surgía de manera espontánea. Su razonamiento estaba equivocado, pero sobrevivió siglos, hasta que Redi, Spallanzani, Pasteur y otros científicos lo echaron por tierra y dejaron sentado que la vida solo proviene de la vida. Oparin en Rusia y Haldane en Inglaterra tuvieron que pensar en otro camino para explicar el origen de la vida en el planeta. En su trabajo influyó la labor que había desarrollado Arrhenius y, a su vez, Oparin fue la base para que Miller y Urey probaran que lo orgánico puede surgir de lo inorgánico.
144 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Solucionario Lección 1 Actividad 1
Electrólisis del agua
Luego de un rato en el agua, los tubos se van llenando del gas que se desprende de los cables. En el recipiente con agua, por efecto de la electricidad se produce el rompimiento de la molécula de agua (H2O) en hidrógeno (H) y oxígeno(O), ambos gaseosos
El bicarbonato de sodio sirve para potenciar el proceso de separación del hidrógeno y el oxígeno.
En el polo negativo se produce mayor cantidad de gas, pues allí está el hidrógeno.
En el otro tubo está el oxígeno. El tubo está menos lleno de gas porque parte del oxígeno queda disuelto en el agua.
El agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Por eso, si el experimento se hace correctamente, en el tubo de hidrógeno se habrá acumulado el doble de gas que en el del oxígeno.
En la electrólisis del agua se produce la siguiente reacción:
2 H2O
Como has comprobado, la corriente eléctrica es capaz de provocar transformaciones químicas.
Aunque la cantidad de hidrógeno y oxígeno liberados durante el experimento es muy poca, conviene tener en cuenta que el hidrógeno es inflamable y que el oxígeno alimenta la combustión, por lo que al contacto con una llama se puede producir un fogonazo.
2H2(g)+ O2(g)
Lección 1 Actividad 2
Menciona en cada caso si se trata de un catión o un anión: Ión cloruro: anión, con un electrón más que en su estado neutro. Ión sulfuro: anión, con dos cargas negativas más que en su estado neutro. Ión sulfato: anión, es un ión complejo porque está formado por varios átomos; tiene dos electrones más, lo que le da su carga negativa. Ión calcio: catión, con un déficit de dos electrones, por eso tiene carga positiva. Ión bicarbonato: anión, otro ión complejo porque está formado por hidrógeno, carbono y oxígeno; tiene una carga negativa en exceso, lo que lo hace un anión.
Lección 2 Actividad 2
a) NaHCO3 bicarbonato de sodio
b) CH3COOH vinagre
c) Acetato de sodio
Actividad 3
Puedes consultar en la página de internet propuesta.
Balancea las siguientes ecuaciones por el método del tanteo: a) Fe2O3 + CO Fe + CO2
Noveno Grado - Ciencias Naturales 145
Solucionario
Balancea el hierro Fe2O3 + CO
Iguala el oxígeno: Fe2O3 + 3CO
b) (ecuación balanceada) Al2O3 + C Al + CO
Balancea el aluminio Al2O3 + C
2 Al + CO
Balancea el oxígeno Al2O3 + C
2 Al + 3CO
Balancea el carbono c) Al2O3 + 3C Cl2O7 + H2O HClO4
Balancea el oxígeno Cl2O7 + H2O
Automáticamente quedan balanceados el resto de átomos. Al2O3 d) Al + O2
Balancea el oxígeno Al + 3O2
Balancea el aluminio 4Al + 3O2
Recuerda que una ecuación química está balanceada cuando tiene la misma cantidad de átomos en los reactivos y en los productos.
2 Fe + CO2 2 Fe + 3 CO2
2 Al +3CO
(ecuación balanceada)
2HClO4
2 Al2O3
2 Al2O3 (ecuación balanceada)
Lección 2 Actividad 2 Se forma el FeCl, cloruro de hierro y se libera hidrógeno
gaseoso. La reacción es HCl + Fe
FeCl + H
Actividad 3
El compuesto obtenido es óxido de magnesio y la ecuación que representa la reacción es: 2 Mg (s) + O2 (g) 2 Mg O (s) Es una reacción de combinación o síntesis.
porque el agua y el aceite no se mezclan. Actividad 4
¿Cuáles son tus conclusiones? Como pudiste observar, la vitamina C o ácido ascórbico reacciona químicamente con la solución de yodo y, cuando se agrega a los platos pequeños, el yodo ya no reacciona con el almidón, por lo que no observas el color violeta oscuro característico de la reacción entre el almidón y el yodo. Lección 5 Actividad 2
Se desarrollan larvas en el frasco destapado por que entran insectos a poner sus huevecillos. En el otro no se generan larvas por que esta cerrado y los insectos no entran. Se desvirtúa la teoría de la generación espontánea.
Lección 4
1. el aire
2. Aristóteles
Actividad 2
3. caldo
4. frasco vertical y frasco inclinado
El papel 2 y 3 revelan la presencia de lípidos. Se secan
5. cuello del vaso curvado con calor
146 Ciencias Naturales - Noveno Grado
Proyecto Eres lo que comes Propósito Para que tu organismo funcione bien, necesita que le proporciones agua y los alimentos que requiere por medio de una dieta equilibrada. ¿Consumes los alimentos que tu cuerpo demanda? Es indudable que el factor económico influye en una buena alimentación, pero igualmente importante es el conocimiento de lo que beneficia a tu cuerpo. Este proyecto te ayuda va a averiguarlo.
2. Compara tu dieta con lo que recomienda la Guía para la alimentación de la familia salvadoreña. Pide ayuda a tu maestro o maestra. 3. Utiliza los dos días siguientes para analizar la dieta de cada día. ¿Qué clase de comida ingeriste? ¿Puedes mejorarla? ¿Son adecuadas las cantidades? ¿Qué eliminarías? 4. Estudia la Guía:
Grupo de granos, raíces y plátanos que proporcionan la energía que tu cuerpo necesita: Se encuentran en el mercado y se ingieren de muchas maneras.
Grupo de frutas, fuente de vitaminas y minerales. Lávalas bien antes de comerlas.
Grupo de verduras y hojas verdes, cómelas a diario.
Grupo de carnes, aves y mariscos: proporcionan proteínas que ayudan al crecimiento.
Grupo de huevos, leche y derivados.
Grupo de las grasas y azúcares. Son necesarios, pero en pequeñas cantidades. Dan energía.
Proteínas
Cierre
Son necesarias para el desarrollo y reparación de las células y los tejidos. El pescado, el queso la leche contienen proteínas.
Mejorar tu dieta te traerá muchos beneficios, de salud y económicos, que puedes extender a todos los miembros de la familia, especialmente a las y los niños.
Centro teórico Los expertos en nutrición han elaborado muchas versiones de la pirámide alimenticia para ayudarnos a planificar una dieta saludable. Por supuesto, la cantidad de alimento que necesitas cada día depende de tu edad, el tamaño de tu cuerpo, la actividad diaria que desarrollas, si eres mujer u hombre, etc. En El Salvador se encuentra la Guía de alimentación para la familia salvadoreña que te brinda información general que adaptarás como más te convenga. ¿Qué le aporta al organismo cada grupo de alimentos de la Guía?
Carbohidratos Proporcionan energía a las células del cuerpo. Se presentan en forma de almidón y azúcar. El pan, los cereales, las frutas tienen carbohidratos. Grasas y aceites Se usan como alimento adicional para el cuerpo, luego que se han consumido los carbohidratos. Vitaminas y minerales Regulan y mantienen las funciones del cuerpo. Por ejemplo, la vitamina A es necesaria para una visión saludable. Los minerales (frutas, vegetales, leche) son importantes en la formación de huesos y otros sistemas del cuerpo. El agua es esencial para el mantenimiento de las células.
Dulces, aceite, mantequilla y grasas (pequeña cantidad)
Calcio, vitamina D vitamina B-12
Leche, yogurt y queso (2 a 3 porciones)
Carne, pollo, huevos, frutos secos (2 a 3 porciones)
Verduras (3 a 5 porciones)
Fruta (2 a 4 porciones) Arroz y pastas
Pan y cereales
Agua
Desarrollo 1. Anota en un cuaderno lo que comes cada día durante la próxima semana.
Noveno Grado - Ciencias Naturales 147
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